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利尔达恒照度智慧教室光环境
发布时间:2020-03-09  关注度:751   
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  原科技部曹建民副部长在2019视觉健康创新发展国际论坛(Vision China 2019)亲临利尔达展台现场(如图1所示),了解恒照度智慧教室照明原理和教室光环境实时监测云平台,对利尔达以物联网技术赋能传统照明予以肯定,强调照度等传感数据采集监控分析的重要性,鼓励和要求对教室恒照度光传感器等标定的长期精准及稳定性进一步技术创新突破。

  图1 曹部长参观利尔达展台

  1

  目前我国近视患者达6亿,青少年近视率居世界第一,近视俨然成为“国病”。伴随着近视人口的增加,还有一个更严峻的问题:近视的高发呈现低龄化趋势。高中生和大学生的近视率均已超过七成并逐年上升,小学生的近视率也接近40%。国家卫生健康委等6部门联合发文,明确表示近视是一种不可逆的变化,也就是说,近视不可治愈。诱发近视的原因很多,遗传是其中一个因素。环境因素也是主要原因,如用眼时间太长,看电视距离太近,看的电视画面浓度太深、色彩太刺眼,写作业时的姿势不正确,照明光线过强或过弱,使用手机、电脑无节制,饮食不均衡,在较颠簸的车子里或趴着或走路时看书,睡眠不足,等等。总之,用眼过度、视觉疲劳是导致青少年近视的重要因素,不良的照明环境更易引起视疲劳。

  国家政策对教室光环境提出明确要求,2018年8月31日教育部等八部门制定《综合防控儿童青少年近视实施方案》。方案要求学校改善视觉环境,学校教室照明卫生标准达标率应达到100%,学校要请权威机构监测证明教室照明达标;教育部每年对校外培训机构教室采光照明、课桌椅配备、电子产品等达标情况开展全覆盖专项检查;国家卫生健康委每年会同相关部门按照采光和照明国家有关标准要求,对学校、托幼机构和校外培训机构教室进行抽检、记录并公布。更多的相关法规、标准已经或即将陆续出台。

  目前,教室光环境状况堪忧,教室光照度不均匀,角落灯光偏暗;课桌面和黑板光照度不达标,容易导致学生视疲劳;眩光严重,影响学习专注度,如图2所示。因此,教室光环境改善势在必行。教室光照度必须更换新型灯具,保证光照环境达到国家标准;所有教室光照环境必须严加监管,避免教室灯具光衰老化、损坏等,从而导致光照度不达标;学校需要建立对教室照明监管到位的光环境管理系统。

  学校光环境改善的解决方案,适宜以物联网技术赋能照明灯具为主,树立“光环境管理专家”,以“高精度光感传感器+恒照度灯具”组成智慧照明系统,对教室光环境数据自动监测、调控,使教室光照度随环境亮度变化而自动调整。

  图2 传统教室的照明使课桌和黑板的照明均不达标

  2 利尔达物联网光环境管理系统

  利尔达物联网光环境管理系统包括利尔达云服务器、PC主机、网关、数据大屏、微信公众号、用户手机、讲台快捷控制器、教室灯、黑板灯、照度传感器、空气质量传感器、投影机、窗帘电机等。强大的物联网云平台系统,使智能管理教室照明更科学、更便捷。

  利尔达注重教室照明灯具见光不见灯、无眩光,由此可提升学生学习专注度。灯具0~100的无级调光曲线平滑,且无频闪。利尔达物联网光环境管理系统如图3所示。利尔达的核心竞争力是物联网智慧照明系统集成和自运行,如图4所示。

  图3 利尔达物联网光环境管理系统

  图4 物联网智慧照明系统集成

  3 教室灯具布置规则

  在教室照明设计中,为确保学生集中注意力,桌面和黑板的亮度应为最高。因此,教室照明通常由对课桌的一般照明和对黑板的局部照明组成,如图5所示。

  黑板照明与师生的相对位置关系是,灯具一般安装在位于书写板法线成55°仰角的位置,如图6所示。 人眼正常注意视线范围是平视上方30°到下方60°,在这个区域里出现刺眼的光为眩光。灯具防眩光是在此区域加装遮光装置。

  图5黑板照明与师生的相对位置关系

  图6 教室照明眩光保护

  4 学校照明质量问题

  4.1 眩光

  眩光(Dazzle)是指视野中由于不适亮度分布,或在空间或时间上存在极端的亮度对比,以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。视野内产生人眼无法适应之光亮感觉,可能引起厌恶、不舒服。在视野中某—局部地方出现过高的亮度或前后发生过大的亮度变化。眩光是引起视觉疲劳的重要原因之一。

  图7 教室内的不良眩光(左)与见光不见灯照明(右)

  4.2 频闪

  频闪是指电光源光通量以一定频率的波动。目前,大多数教室采用荧光灯管,由于其交流电输入的特性造成其工频频闪,这种频闪是造成眼部疲劳的直接原因。光源频闪与偏头痛、视觉疲劳与不适等神经学疾病有密切关系。

  在运动物体的速度和光源频闪频率成倍数关系时,运动物体的运动状态就会产生静止、倒转、运动速度缓慢等三种状态周期性重复的错误视觉,容易引发工伤事故。图8为有频闪的灯具。

  图8 有频闪的灯具

  4.3 显色指数

  显色指数是对光源对物体的显色能力的评价,能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源,其最高为100。数值接近100,显色性越好。

  图9不同的显色指数对物体的影响

  高品质教室灯具应该是高品质的布光均匀的灯具,确保教室的照明环境达到国家照明卫生标准。提供美术、书法等专业化教室高显色指数的照明环境。见光不见灯,无眩光,无蓝光,无频闪,显色指数高,保证恒照度。

  5 智慧教室情景模式配置

  上课模式时,黑板灯开启500 lx,教室灯开启300 lx,白天窗帘开启。恒照度传感进入工作状态,投影机进入待机状态。

  投影模式时,黑板灯关闭,教室灯亮度降低至150 lx,窗帘关闭。恒照度传感器进入工作状态,投影机进入工作状态。

  自习模式时,黑板灯关闭,教室灯亮度300 lx,窗帘开启/关闭。恒照度传感器进入工作状态,投影机进入待机状态。

  休息模式时,黑板灯关闭,色温2 700 K。教室灯亮度降低至40 lx,窗帘关闭或开启,恒照度传感器进入工作状态,投影机进入待机状态。

  6 数据可视化大屏

  数据可视化大屏光环境系统监测数据大屏,直观表现光照度达标、空气质量、二氧化碳浓度、能耗、学生近视率等参数,体现了学校信息化、智能化。不仅作为家长了解学校的窗口,还可以给政府部门提供实时监测数据并记录保存,提供监督管理便利。

  7 物联网后台管理系统

  物联网后台管理系统可以实现一键控制所有教室设备的状态。非接触强电,避免传统的去电房拉闸,避免了大电流对灯具电器的冲击,使用寿命更长。实时监测教室各种设备的运行状态、自动故障上报、耗材提醒。方便节能管理,可自动定时开关。

  8 智慧教室的标准配置

  智慧教室的标准配置如图10所示。教室灯、黑板灯作为教室照明的主体均在利尔达物联网光环境管理系统中。

  图10 智慧教室的标准配置

  9 小结

  利尔达物联网技术赋能以照明器具为主,树立“光环境管理专家”,以“恒照度光感传感器+恒照度灯具”组成智慧系统,对教室光环境数据自动监测、自动调控,提高教室光照度随环境亮度变化而自动调整,从而实现了恒照度智慧教室光环境,开启教室科学照明、健康照明、恒照度照明的新纪元。

  参考文献

  [1] 安波, 颜重光. 智慧教室照明设计技术[J].

  [2] 安波. 利尔达智能教室解决方案[J].[3] 颜重光, 安波. 蓝光LED光引擎设计思考[J]. 今日电子, 2011(12): 45-47.

  [4] 颜重光. 智能LED照明系统与传感技术发展趋势[C]//照明用电源与智能控制技术研讨会. 2013.[5] 颜重光. LED智能照明技术新发展[J].

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利尔达客思智能科技凭借物联网、大数据、云计算等先进技术,研发出高技术含量的智能家居、智能酒店、智能办公、智能楼宇、地下车库节能照明等解决方案,秉承“推动房产产品创新,智装行业转型升级”这一理念,向客户提供软硬件一体化的智能解决方案。
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